Стартовая >> Оборудование >> Трансформаторы >> Теория >> Состав продуктов, образующихся при воздействии разрядов на трансформаторные масла

Состав продуктов, образующихся при воздействии разрядов на трансформаторные масла

При воздействии разрядов на масла различного происхождения независимо от газовой атмосферы (водород, азот, воздух) основным образующимся газом является водород. Кроме того, в атмосфере водорода образуется метан, этан, этилен, ацетилен, пропан, пропилен и другие углеводородные газы. В среде азота помимо этих газов возможно присутствие аминов и аммиака. Состав соединений, содержащих азот в газовой и жидкой фазах, изучен слабо. В атмосфере кислорода кроме водорода и углеводородных газов могут присутствовать летучие продукты окисления (пары воды, низкомолекулярные перекиси, альдегиды, спирты, кислоты, СО2, СО) и озон.

Наконец, при опытах в воздушной среде газ будет содержать, очевидно, всю гамму названных выше продуктов. Все эти сведения носят, однако, отрывочный, не всегда связанный с составом жидкой фазы, а иногда предположительный характер.

Установлено, что в приборе типа Пирелли в атмосфере водорода при напряженности поля 7,0 МВ/м и температуре 90 °С после испытания в течение 32 ч масла, различающиеся по вязкости и происхождению, а также фракции нафтено-парафиновые и ароматические, выделенные из этих масел, претерпевают необратимые превращения, проявляющиеся в увеличении молекулярной массы, вязкости, йодного числа и tgd масел и фракций (таблица 1).

Таблица 1 - Свойства трансформаторного масла из бакинской нефти до и после испытания в среде ионизированного водорода


Фракция

Молекулярная масса

Вязкость при 50 °С, мм2/с (сСт)

Кислотное
число, мг КОН на 1 г масла

Йодное число

tg d при 100°С, Х10-2

До

После

До

После

До

После

До

После

До

После

Сураханская
отборная

279

290

8,7

14,2

0,004

0,05

0

0,77

0,99

Более
100

То же нафтено-
парафиновая

300

300

8,0

9,27

0

0,01

0

0,31

0,95

То же

То же
ароматическая

16,8

17,6

0

0,02

0,06

0,60

2,24

То же

Балаханская
масляная

275

284

9

10

0,005

0,02

0

0,95

0,76

1,92

То же нафтено-парафиновая фракция

275

291

8,1

9,1

0

0,06

0

0,27

0,72

72,0

То же
ароматическая

241

258

15,6

16,8

0,01

0,04

0,03

0,93

3,6

4,1

Характерно, что изменения указанных показателей, в том числе йодного числа, происходят независимо от того, имеет место в масле газовыделение или газопоглощение. Предполагается, что образование непредельных углеводородов при поглощении водорода может идти по схеме

образование непредельных углеводородов при поглощении водорода

Ряд исследователей указывают, что в среде ионизированного водорода образуется Х-воск.

Влияние химического состава масел на их газостойкость

В приборе типа Пирелли (7,0 МВ/м, 90 °С) изучалась в течение 32 ч газостойкость масел различного происхождения и различного углеводородного состава. В результате показано:
1. Нафтено-парафиновые фракции углеводородов склонны к газовыделению в большей степени, чем масла, из которых они выделены. Углубление очистки приводит к увеличению газовыделения.
2. При добавлении ароматических углеводородов к нафтено-парафиновым уменьшается склонность последних к газовыделению.
3. Склонность масел и их нафтено-парафиновых фракций к газовыделению увеличивается при снижении вязкости.
4. Нафтено-парафиновые фракции, выделенные из масел разных нефтей, но близких по вязкости, оказываются близкими по газовыделению.

Имеется прямая зависимость между газостойкостью масел и содержанием в них ароматических углеводородов, когда содержание ароматических углеводородов достигает 20%, масло становится газопоглощающим. Однако по другим данным такой простой зависимости между содержанием ароматических углеводородов и газостойкостью масел как в среде водорода, так и в атмосферах азота и воздуха нет.

Исследовалась газостойкость деароматизированных углеводородов и товарных масел, а также смесей масла с ароматизированным экстратом по методу фирмы BICC в атмосферах водорода, азота и воздуха.

В среде водорода цетан и декалин в одинаковой степени выделяют газ. Деароматизированные масла с различным соотношением парафиновых цепей и нафтеновых циклов в атмосфере азота обладают одинаковой газостойкостью.

Для масел различного происхождения не обнаружено соответствия между содержанием ароматических углеводородов в них и их газостойкостью. Хорошая корреляция между газостойкостью и содержанием ароматических углеводородов наблюдается у смесей, содержащих различное количество ароматизированного экстракта.

В этой же работе изучалось в среде водорода действие на газостойкость деароматизированного масла добавки конденсированных углеводородов различных типов. Показано, что по способности повышать газостойкость исследуемые углеводороды можно расположить в следующий нисходящий ряд: нафталин, тетралин, фенантрен.

Среди ароматических фракций, выделенных из масел, фракция, состоящая в основном из бициклических ароматических углеводородов, сильнее повышает газостойкость деароматизированного масла, чем фракция, содержащая в основном один ароматический цикл (при одинаковой молярной концентрации).

По способности повышать газостойкость масел фракция, содержащая в среднем два ароматических цикла, близка к фенантрену (при одинаковой молярной концентрации). Это дало основание авторам сделать вывод, что газостойкость масел определяется в основном наличием алкилнафталинов. Производные фенантрена, а также многоядерные конденсированные ароматические углеводороды, по их мнению, неактивны в отношении повышения газостойкости масел, не говоря уже об их малой стабильности против окисления.

Данные по газостойкости большого числа отечественных и импортных трансформаторных масел и фракций, выделенных хроматографическим методом из трансформаторного дистиллята анастасиевской нефти и бакинского масла, приведены в таблице 2.

Таблица 2 - Газостойкость трансформаторных масел и хроматографических фракций, выделенных из них


Масло

r420

nD20

Содержание углерода в аромати-
ческих кольцах,%

Содержание углерода в нафтеновых кольцах,%

Газостойкость

Выдели-
лось, мл

Погло-
тилось, мл

Из эмбенских нефтей:

очищенные серным ангидридом с присадкой ионол 0,2% по массе

0,8627

1,4705

0

50,79

1,36

кислотно-щелочной очистки с депрессором

0,8772

1,4810

6,17

40,83

0,02

Английское

0,8794

1,4831

8,50

45,40

0,00

0,00

Французское

0,8735

1,4820

9,90

35,60

0,10

Из сернистых нефтей
фенольной очистки, базовое

0 8597

1,4750

5,90

32,70

0,30

Из смеси балаханской (80%) и романинской (20%) нефтей кислотно-щелочной очистки

0,8793

1,4850

11,30

51,30

0,28

Из бузовнинской нефти кислотно-щелочной очистки

0,8866

1,4900

13,10

39,84

0,32

Из сернистых нефтей гидроочищенное

0,8898

1,5000

23,47

23,36

1,52

Из анастасиевской нефти кислотно-щелочной очистки

0,9008

1,5005

21,57

29,40

1-36

Насыщенные углеводороды, выделенные из бакинского масла

0,8495

1,4760

0

33,27

0,60

Трансформаторный дистиллят анастасиевской нефти, фракция 2—15
(парафиновые + нафтеновые углеводороды)

0,8629

1,4720

0

49,65

1,47

Трансформаторный дистиллят анастасиевской
нефти, фракция 1 (парафиновые + нафтеновые углеводороды)

0,8474

1,4662

0

42,14

1,47

Трансформаторный дистиллят анастасиевской
нефти, фракция 16—22 ароматические углеводороды)

0,8977

1,4978

18,83

15,33

0,15

Все отечественные товарные трансформаторные масла можно оценить по принятому методу как газостойкие в электрическом поле. Опытные трансформаторные деароматизированные масла из эмбенских нефтей с этой точки зрения являются неудовлетворительными.

Приведенные в таблице 2 данные подтверждают повышение газостойкости масел с увеличением содержания ароматических углеводородов. Масла, лишенные ароматических углеводородов, выделяют газ, а масла, содержащие их в необходимом количестве, поглощают его. Соответственно парафино-нафтеновые фракции выделяют, а ароматические поглощают газ. Новым в этих данных является то, что не все фракции ароматических углеводородов поглощают водород в электрическом поле. Так, фракция 16—22 моноциклических ароматических углеводородов (образец 13), выделенная из трансформаторного дистиллята анастасиевской нефти, не поглощает, а выделяет газ (0,15 мл).

зависимости газостойкости масел и фракций
На рисунке 1,а представлены данные, характеризующие способность указанных продуктов выделять или поглощать газы под воздействием поля в зависимости от содержания углерода в ароматических циклах усредненной молекулы.
а — от процентного содержания углерода в ароматических кольцах усредненной молекулы; б — от плотности; в — от показателя преломления; ● — масла; D — парафино-нафтеновые фракции; ○ — ароматические фракции
Рисунок 1 - Зависимости газостойкости масел и фракций

Для товарных масел экспериментальные точки более или менее удовлетворительно укладываются на общую кривую. Однако для выделенных фракций не обнаружено никакой связи между газостойкостью и содержанием углерода в ароматических циклах ароматических углеводородов. Отсутствует явная связь между газостойкостью и плотностью масел и фракций углеводородов, выделенных из них (рисунок 1,б). Если исключить из рассмотрения фракции ароматических и парафиновых углеводородов, то можно отметить общую тенденцию повышения газостойкости масел с ростом их плотности. Более явная зависимость наблюдается для показателя преломления (рисунок 1,в). Для товарных масел, а также парафино-нафтеновых фракций экспериментальные точки удовлетворительно укладываются на общую кривую, мало отличающуюся от прямой. Масла, характеризующиеся показателями преломления меньше 1,475, в принятых условиях выделяют газ, а больше 1,485 — поглощают его.

 
« Состав продуктов окисления трансформаторных масел   Схема замещения трансформатора »
электрические сети